神外专题（五）| 胶质瘤基础与转化研究的文献回顾
2019-10-05
王樑
由空军军医大学唐都医院王樑教授整理汇编的：神外专题（五）| 胶质瘤基础与转化研究的文献回顾，欢迎观看、阅读!
今天为大家带来的是，由空军军医大学唐都医院王樑教授整理汇编的：神外专题（五）| 胶质瘤基础与转化研究的文献回顾，欢迎观看、阅读!
基础医学研究为疾病进程的进展规律、个体化治疗实践及药物研究转化等提供思路，并为临床实验的开展提供重要的依据。随着多组学数据的深入研究和新的实验方法的推广，越来越多的大数据研究成果为临床探究更好地治疗靶点提供重要的依据。截至目前位置，2019年度《基础与转化医学》版块共发表13篇文献概述。全部都是有关脑肿瘤的相关研究，涵盖新的组学研究相关分子分类体系、免疫治疗研究、特殊分子在胶质瘤分子演化的意义及潜在治疗靶点的发掘等。
DNA甲基化表达谱具有高度稳定性和可重复性，肿瘤甲基化检测能反映体细胞获得DNA甲基化变化和细胞的起源，已应用于多种中枢神经系统肿瘤的亚型诊断。德国海德堡大学医院神经病理学科的David Capper等提出一种全面的、依据DNA甲基化的中枢神经系统肿瘤分类方法，发表在2018年3月的《Nature》上。
该研究使用随机森林法对91种甲基化分类的2801个肿瘤样本进行决策树分析。为进一步进行临床可行性评估时，作者对1155例病例同时进行甲基化表达检测和组织病理学检查。研究发现，与原有标准诊断方法相比，DNA甲基化分类对精确诊断中枢神经系统肿瘤有重大影响，可修改高达12%病例诊断的预测结果。此外，作者还设计了免费在线分类工具，可以在不需要任何额外的数据处理的条件下，对肿瘤进行分子学分类（Molecular Neuropathology 2.0；http://www.kitz-hei -delberg.de/molecular-diagnostics）。该研究不仅提高神经肿瘤组织病理学结合分子病理学的诊断精准度，同时还为其它实体肿瘤进行肿瘤分类法提供参考依据。
脑干胶质瘤是一组分子异质性疾病。因为肿瘤位于重要功能区，所能采取的治疗手段非常有限；难以安全地切除，即使活检也具挑战性，因此常规分子谱（molecular profiling）的分析和制定个性化的治疗方案受到限制。天坛医院Changcun Pan等通过收集脑干胶质瘤患者的脑脊液（CSF），对57例脑干胶质瘤患者ctDNA进行测序，并作肿瘤分子谱分析，结果发表在2018年11月的《Acta Neuropathol》在线上。研究表明，CSF来源的ctDNA深度测序是检测脑干肿瘤特异性基因突变的一种可靠技术，有望替代脑干肿瘤活检术进行分子谱分析。
神经纤维瘤病1型（NF1）常合并发生胶质瘤。但此类患者的遗传学和表观遗传学改变以及与散发性胶质瘤的差异仍然未知。美国纽约哥伦比亚大学医学中心肿瘤遗传研究所的Fulvio D’Angelo等详细研究NF1-胶质瘤患者的分子表达状况，发现NF1-胶质瘤的分子表达谱具有独特性，结果发表在2019年1月的《Nature Medicine》上。作者收集56例NF1-胶质瘤患者的肿瘤标本，将肿瘤标本与配对的血液标本进行全外显子测序。研究发现，NF1-胶质瘤的体细胞突变负荷受年龄和肿瘤级别的影响。高级别肿瘤，包含TP53和CDKN的遗传改变，ATRX的突变与端粒的替代延长相关。大约50%的低级别NF1-胶质瘤出现T淋巴细胞浸润和新抗原负荷增加。NF1-胶质瘤属于LGm6组。LGm6组是一种定义尚不明确的IDH1野生型亚组，富含ATRX突变。因此，对NF1-胶质瘤的分析揭示其独特的分子表达谱。
弥漫性内生性桥脑胶质瘤（diffuse intrinsic pontine gliomas，DIPG）是一类难治性儿童脑干肿瘤。组蛋白H3 K27M突变型出现在80%以上的DIPG以及起源于大脑中线结构的高级别胶质瘤。美国孟菲斯圣犹大儿童研究医院发育神经生物学系的Jon D. Larson等在小鼠不同脑区表达组蛋白H3.3 K27M突变，研究H3K27me3的表达耗竭后的表观遗传学调节方式的变化，进而明确转录改变与致癌活性之间的关系。结果发表在2018年12月《Cancer Cell》在线上。研究结果表明，H3.3 K27M在不诱导神经干细胞永生化的情况下，增强神经干细胞的自我更新能力，并加速髓母细胞瘤或后脑HGG的发生。H3.3 K27M可能诱导 “H3K27me3和H3K27ac双价”启动子调控的基因表达上调，进而导致部分与发育和肿瘤发生相关的基因转录改变。如果细胞在一个狭窄的发育窗口中获得肿瘤相关的关键突变，可能形成易于转化为DIPG的细胞群。由于细胞的表观遗传学状态与其发育和分化有着极强的相关性，因此H3.3 K27M依赖的关键突变与DIPG的起始年龄和精确的细胞状态有着密切联系，这也为DIPG的异质性特征提供理论基础。
IDH1突变是胶质瘤的常见变异，与患者有较好的预后相关。IDH1突变往往也与ATRX、TP53失活共存。美国密歇根大学医学院神经外科的Felipe J. Núñez等在小鼠模型中南发现，IDH1除对代谢和表观遗传学作用外，突变型IDH1还有助于通过加强对DNA损伤反应，来维持肿瘤中的基因组稳定性。研究结果发表在2019年2月的《Science Translational Medicine》在线。研究结果发现IDH1突变型胶质瘤通过H3组蛋白甲基化对DNA损伤通路进行调控，从而产生放疗抵抗。通过应用ATM激酶抑制剂可以有效逆转IDH1突变造成的放疗抵抗，有助于IDH1突变型患者延长生存时间。这一发现可解释为什么IDH1突变型肿瘤患者的肿瘤对辐射的敏感性低于其它类型神经胶质瘤，但是却能获得更好的生存优势。
代谢过程的异常为恶性肿瘤细胞快速生长提供充足的能量和中间物质。大多数恶性肿瘤细胞依赖于有氧糖酵解产生的三磷酸腺苷5 （ATP）和代谢中间体，来合成生物大分子产物，促进细胞增殖。中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所的Liu R等通过实验研究揭示，6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6PGD）受酪氨酸磷酸化激活，促进胶质瘤的生长发展及抵抗放疗和化疗的机理，文章发表于2019年3月的《Nature Communications》在线。该研究发现，在表皮生长因子受体（EGFR）激活后，6PGD蛋白中第48l位的酪氨酸（Y）被Src家族Fyn激酶磷酸化，从而增强其与NADP+的结合，促进PPP途径中NADPH和核糖-5-磷酸的转化，有利于清除ROS的应激毒性，并加速DNA合成。清除磷酸化6PGD Y481（pY481）可显著抑制表皮生长因子（EGF），促进胶质瘤细胞增殖、肿瘤生长和产生抵抗放、化疗的特性。此外，6PGD的pY481与胶质母细胞瘤中Fyn的表达、恶性程度和预后有关。进而证实依赖Fyn磷酸化的6PGD在肿瘤生长和放、化疗抵抗过程中，发挥关键作用。
IDH野生型GBM患者5年生存率仅6%。德国肿瘤研究中心（DKFZ）系统生物学系的Verena Körber等通过分析21对原发GBM和局部复发的IDH野生型GBM，发现大多数GBM通过特定染色体的获得和丢失导致肿瘤发生，TERT启动子突变是GBM快速生长的先决条件。研究结果发表在2019年4月的《Cancer Cell》。
研究者采用全基因组测序、DNA甲基化分析、转录组测序和靶向测序检测原发和第一次复发的IDH野生型GBM表达。每个GBM亚型由DNA甲基化所决定。在确认亚型分组以及全基因组测序和转录组水平前，观察间充质（MES）亚型与肿瘤纯度低和免疫细胞浸润的相关性。研究结果表明在肿瘤进化过程中，早期发生一系列核增殖驱动突变，影响CDKN/B、PTEN或EGFR的拷贝数变异。几乎在所有肿瘤中有TERT启动子突变，具高度亚克隆性。作者假设在TERT启动子突变之前有大量肿瘤细胞死亡，而后的TERT启动子突变使细胞死亡率降低6%-26%。
基质细胞蛋白家族凝血酶敏感蛋白-1（THBS1）首先在血小板中发现，现已证实在包括GBM在内的多种癌症发生、发展中，不仅调节肿瘤细胞行为，还能调节机体免疫反应和促进肿瘤血管生成。法国波尔多大学医学研究所的Thomas Daubon等在2019年第10期《Nature Communication》杂志发表研究结果，揭示THBS1在胶质母细胞瘤（GBM）发生发展中的作用机制。该研究结果发现THBS1与胶质瘤病理级别相关。SMAD3在TGFβ1经典通路中结合THBS1基因启动子，从而调节THBS1的转录表达。通过单一或联合抗血管生成治疗，THBS1沉默能够抑制肿瘤细胞侵袭和生长；CD47敲除实验证实，拮抗肽特异性抑制THBS1/CD47的相互作用可降低细胞侵袭力。激光显微切割的外周和中心区域肿瘤组织的RNA测序表明，THBS1是在肿瘤边界具有最高连通性的基因之一。研究数据显示，TGFβ1通过SMAD3诱导THBS1表达，增强GBM体积扩张期间的侵袭力，与肿瘤细胞结合的CD47也参与此过程。
由组蛋白H3K27M驱动突变导致的高级别神经胶质瘤（high-grade gliomas，HGG）在全基因组中表现H3K27甲基化的丢失和H3K27乙酰化（H3K27ac）的获得。这两种表观遗传特征分别形成抑制性和活性染色质。但由这些特征诱发的核小体改变在高级别胶质瘤中如何重编程顺式的作用元件，尚未明确。加拿大麦吉尔大学人类遗传学系的Brian Krug等发现在没有产生合成的活性启动子或增强子的情况下，H3K27M HGG中全基因组的H3K27ac增加，H3K27ac的富集提升该胶质瘤重复元件的表达，研究成果发表在2019年5月《Cancer Cell》。该研究结果发现，累积在H3K27M HGG中的H3K27ac，普遍分布于整个基因组；使重复元件容易被表观遗传疗法激活，包括DNA去甲基化剂等。在对H3K27M肿瘤诱导表观遗传治疗的内源性逆转录病毒和激活先天免疫途径的研究表明，H3K27M肿瘤患者可以从药物与免疫调节的组合疗法中受益。该发现为H3K27M HGG表观遗传疗法提供理论依据。免疫检查点抑制剂（checkpoint inhibitors）对多种类型的肿瘤有很好的抗瘤疗效，但是对于胶质母细胞瘤（GBM）的治疗效果并不理想。因为其依赖于肿瘤的高频突变负荷和对新抗原表位的反应。胶质瘤个性化疫苗联盟（GAPVAC）的Ⅰ期（GAPVAC-101）试验发现，在新诊断胶质母细胞瘤患者中，高度个体化的疫苗接种和整合两种类型肿瘤抗原治疗可以实现极强的免疫原性。德国图宾根Immatics生物技术股份有限公司的Norbert Hilf等撰文将相关结果发表在2018年12月《Nature》在线上。本研究运用XPRESIDENT技术，在30例胶质母细胞瘤样本中检测非突变的、由HLA呈递的新抗原。最终，33个结合HLA-A*02:01和26个结合HLA-A*24:02的多肽收入制备文库。制备文库中的每个多肽肿瘤抗原和每个肿瘤转录组分别通过质谱和微阵列分析进行检测，以了解在每例GAPVAC-101患者的反应情况。根据分析结果，设计具有活性的个体化疫苗（APVAC1），包含7种最佳的HLA-Ⅰ多肽、2种结合HLA-Ⅱ类的多肽和1种病毒标志物多肽。结果显示，采用针对新抗原的肿瘤疫苗，有效地增加胶质母细胞瘤内的T细胞浸润和获得较好的临床效果。在29个月临床试验中，患者的中位生存时间不比其它临床试验逊色。进一步研究应将降低疫苗制备过程的复杂性和制作时间、以及如何利用疫苗提高机体抗肿瘤免疫力作为重要内容。
越来越多的临床资料支持人巨细胞病毒（HCMV）与GBM的相关性，HCMV的靶向免疫治疗也取得一定的成果。抗病毒药物缬更昔洛韦可以延长原发性GBM患者中位生存期。美国波士顿哈佛医学院布莱根妇女医院的Harald Krenzlin等采用基因工程GBM小鼠模型，研究鼠巨细胞病毒（MCMV）感染加速恶性胶质瘤进展的作用机制。结果发表在2019年3月的《The Journal of Clinical Investigation》杂志上。研究发现，在MCMV存在的情况下，肿瘤生长明显加快，肿瘤内的血管生成显著增加。研究者发现CMV感染细胞分泌的蛋白组在体外加强周细胞迁移和血管生成，在MCMV+小鼠中使用抗病毒药物西多福韦可改善小鼠的存活状态，抑制MCMV再激活、PDGF-D表达、周细胞募集和肿瘤血管生成，即可逆转MCMV在GBM小鼠模型中的促生长作用。研究结果表明，CMV通过募集周细胞和促血管生成促进胶质母细胞瘤生长，也为使用抗病毒疗法治疗与CMV相关的GBM提供理论基础。
浸润的间质细胞和免疫细胞是影响肿瘤进展的重要肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）的成分。美国安德森癌症中心癌症生物学部的Peiwen Chen等利用细胞模型、小鼠肿瘤模型和临床样本，探讨胶质瘤细胞的特定基因改变和影响肿瘤微环境的免疫成分，以及这种浸润的免疫细胞对胶质瘤细胞生长的影响，结果发表在2019年6月的《Cancer Cell》。本研究对GBM模型的胶质瘤细胞的联合分析和功能研究证实，PTEN缺陷激活YAP1，后者直接上调LOX的表达。其作用机制为，分泌的LOX通过激活巨噬细胞中的β1整合素-PYK2通路，发挥强有力的巨噬细胞趋化因子作用。浸润的巨噬细胞分泌SPP1，维持胶质瘤细胞的生存并促进血管生成。在PTEN阴性的GBM模型中，LOX抑制能显著抑制巨噬细胞的浸润和肿瘤的进展。同样，对GBM患者，YAP1-LOX和β1整合素-SPP1信号与较高的巨噬细胞密度和较低的总存活率呈正相关。这种胶质瘤-巨噬细胞相互依赖的相互作用为PTEN阴性GBM提供治疗靶点。
恶性脑肿瘤中，与肿瘤相关的反应性星形胶质细胞的功能及其与微环境中其它细胞的协同作用知之甚少。德国弗莱堡大学医学中心转化神经肿瘤研究组的Dieter Henrik Heiland等发现胶质瘤相关性星形胶质细胞和小胶质细胞相互作用可以形成胶质瘤的免疫逃逸微环境。相关结果发表在2019年6月的《Nature Communications》上。
演讲发现肿瘤微环境中的免疫抑制是通过小胶质细胞和星形胶质细胞协同作用，以及JAK/STAT通路激活和IL-10升高所形成。作者使用JAK抑制剂Ruxolitinib后，发现肿瘤明显缩小，星形胶质细胞激活数量减少，同时促炎因子增多，抑制炎症因子显著下降。星形胶质细胞和小胶质细胞的相互作用促进形成免疫抑制的微环境，表明与肿瘤相关的星形胶质细胞与炎症反应显著相关。
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